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基于深度学习和程能映射的自由配光设计

光学学报 2022年第10期42卷 212-218页

作者：张航陈嘉文胡月姣修龙汪严金华浙江工业大学理学院浙江杭州310023

在激光投影、结构光和光束整形等特种照明或光电应用中,常需要一个非成像光学系统来实现特定的配光设计。建立一个配光方程来描述该光学系统,并通过对光束、光学面和目标面的离散化处理,利用子面光程K与目标点能量E之间的映射关系得到... 详细信息

在激光投影、结构光和光束整形等特种照明或光电应用中,常需要一个非成像光学系统来实现特定的配光设计。建立一个配光方程来描述该光学系统,并通过对光束、光学面和目标面的离散化处理,利用子面光程K与目标点能量E之间的映射关系得到程能映射下的配光方程。尽管程能映射中相邻子面光程之间存在复杂的非线性竞争,但K与E之间存在良好的单调映射关系,这为引入深度神经网络来拟合程能映射提供基础。利用深度学习实现配光方程逆问题的求解,获得所需要的自由光学曲面。以英文字母和阿拉伯数字为训练集,输入点阵规模为28×28,通过对三层神经网络进行多维度调参和训练,实现了相应字符照度分布的光学曲面设计。光学仿真结果的结构相似度达到了99.97%,这表明深度神经网络通过学习可以记住(或存储)各个字符的光学曲面,相当于建立了一个高效且可扩容的智能光学字符库。基于复杂介质建立的基础配光方程可为现有配光方法提供一个基础理论框架,有助于形成非成像光学理论的系统性表述。

关键词：光学设计非成像光学设计配光方程自由曲面深度学习程能映射

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基于动态振幅限制的衍射光学元件优化算法

光学学报 2023年第22期43卷 238-246页

作者：王博伟修龙汪项涛李纲张航浙江工业大学理学院智能光电研究所浙江杭州310023 山东大学激光与红外系统集成技术教育部重点实验室山东青岛266237

针对传统混合区域振幅自由度(MRAF)算法衍射效率低、非信号区域有散斑等问题,提出一种改进的MRAF算法。该算法引入球面相位作为初始相位,使用动态振幅限制,利用基于全域振幅限制的迭代方案确定最佳Z值,并使用爬山邻域算法对得到的相位... 详细信息

针对传统混合区域振幅自由度(MRAF)算法衍射效率低、非信号区域有散斑等问题,提出一种改进的MRAF算法。该算法引入球面相位作为初始相位,使用动态振幅限制,利用基于全域振幅限制的迭代方案确定最佳Z值,并使用爬山邻域算法对得到的相位进行分段式迭代优化,从而改善了非信号区域由于完全无振幅限制有散斑的问题。具体地,在全区域振幅限制阶段所提算法确保了目标光斑的匹配性并可以抑制散斑效应,而在混合区域振幅限制阶段则减小了误差。通过在三角形上进行数值仿真,对最终获得的结果进行光学实验仿真,结果表明,改进后的MRAF算法有97.77%高的衍射效率和0.09%低的均方根误差,并且峰值背景比(PBR)由0.0079提高至2.0357,相比基础的MRAF算法,对目标区域外围的散斑抑制效果更好,具有更高的应用价值。

关键词：衍射光学元件光束整形迭代算法衍射光学元件设计微纳光学

联合注意力和条件GAN的被遮挡人体姿态和体形估计方法

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计算机辅助设计与图形学学报 2024年第1期36卷 142-151页

作者：朱妍汪楷汪粼波方贤勇安徽大学体育军事教学部合肥230601 安徽大学计算机科学与技术学院合肥230601

基于图像的人体姿态和体形估计常常因人体被遮挡而充满挑战.为此,提出一种基于单幅图像的姿态和体形估计方法.首先提出多尺度的注意力模块策略,输出具有丰富上下文信息的多尺度注意力特征,以有效地获得不受遮挡影响的全局的姿态和体形分... 详细信息

基于图像的人体姿态和体形估计常常因人体被遮挡而充满挑战.为此,提出一种基于单幅图像的姿态和体形估计方法.首先提出多尺度的注意力模块策略,输出具有丰富上下文信息的多尺度注意力特征,以有效地获得不受遮挡影响的全局的姿态和体形分布;然后提出基于热图的条件生成对抗网络策略,将由关节热图得到的姿态估计作为约束,实现网格精细调整;最后借助这2个策略得到的姿态和体形估计方法实现全局预测和局部细节求精的结合.在Ubuntu环境下,在3DPW,3DOH50K和Human3.6M公开数据集上的实验结果表明,与SMPLify,GraphCMR和SPIN等方法相比,所提方法在身体部分被遮挡时重建效果更好,并在ACK,AVE和PA-MPJPE等定量评价指标上取得了更好的结果.

关键词：人体体形和姿态估计单幅图像多尺度注意力生成对抗网络

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基于双曲初始相位的GS改进算法

光子学报 2022年第4期51卷 424-434页

作者：修龙汪李文青杨鹏王博伟张航浙江工业大学理学院光电子智能化技术研究所杭州310023

针对Gerchberg-Saxton(GS)算法对初始相位敏感、散斑噪声难以消除的问题,提出一种改进的GS算法。引入双曲面初始相位形式,通过迭代寻优算法,获得最佳相位参数,再通过迭代傅里叶变换优化算法进行优化,并用爬山算法进行邻域寻优,最后得到... 详细信息

针对Gerchberg-Saxton(GS)算法对初始相位敏感、散斑噪声难以消除的问题,提出一种改进的GS算法。引入双曲面初始相位形式,通过迭代寻优算法,获得最佳相位参数,再通过迭代傅里叶变换优化算法进行优化,并用爬山算法进行邻域寻优,最后得到最佳的衍射光学元件相位分布。以方形光斑为例,用改进的GS算法和传统GS算法分别进行了数值仿真和光学实验,结果表明,改进算法整形结果具有0.999的高衍射效率和0.0187的低均方根误差,相比于传统GS算法,具有更好的应用价值。此外,采用改进算法产生相位分布规律,通过相位展开算法可以将其展开成连续曲面型衍射器件,从而降低因量化引入的加工误差。

关键词：衍射光学元件光束整形 Gerchberg-Saxton算法连续曲面散斑抑制

基于FFLD分析的汽车在极限凹坑路面工况下车身结构失效CAE新方法研究

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汽车工程 2024年第1期46卷 120-127,138页

作者：卢晓汪隋泛亚汽车技术中心有限公司上海201206

在车身前期设计阶段,为了考核车辆在极限坑洼路面的冲击下对车身结构的影响,根据通用全球相关方坑道路试验标准,本文针对极限冲击的方坑#3路面,以某车型在方坑#3路试中出现了车身结构失效的问题为研究对象,找出了传统钣金失效准则CAE方... 详细信息

在车身前期设计阶段,为了考核车辆在极限坑洼路面的冲击下对车身结构的影响,根据通用全球相关方坑道路试验标准,本文针对极限冲击的方坑#3路面,以某车型在方坑#3路试中出现了车身结构失效的问题为研究对象,找出了传统钣金失效准则CAE方法的不足,不能复现出试验失效的问题,进而通过大量料片试验建立了断裂成形极限图(fracture forming limit diagram,FFLD),来作为钣金失效准则的CAE新方法。随后基于该CAE新方法,通过车辆动力学科计算的方坑#3虚拟路谱作为载荷输入,对车身结构进行有限元仿真分析,成功复现了试验失效。根据CAE新方法分析的结果,对车身结构进行改进,最终通过了方坑#3路试验证,且试验和CAE仿真结果对标具有良好的一致性。证明了基于该方法,可以在车身开发前期阶段,准确预测出钣金在复杂变形条件下的真实破坏情况,从而减少了后期试验中出现的车身结构失效的风险。

关键词： FFLD 方坑#3 虚拟路谱避震塔

循环冲击下大理岩的损伤力学行为及能量耗散特性

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爆炸与冲击 2024年第4期44卷 47-59页

作者：王志亮汪大为汪书敏巫绪涛合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

为了研究循环冲击荷载作用下大理岩的动态力学行为和能量耗散特性,首先采用分离式霍普金森压杆,通过试冲法确定出5种代表性的入射子弹速度,据此完成了大理岩试样的等幅循环冲击试验,并对试样的应力均匀性进行了检验。接着,从应变率时程... 详细信息

为了研究循环冲击荷载作用下大理岩的动态力学行为和能量耗散特性,首先采用分离式霍普金森压杆,通过试冲法确定出5种代表性的入射子弹速度,据此完成了大理岩试样的等幅循环冲击试验,并对试样的应力均匀性进行了检验。接着,从应变率时程曲线、应力-应变关系、冲击次数和能量耗散特性等方面对测试数据进行了系统分析。最后,基于能量演化定义损伤变量,探讨了能量耗散与岩样损伤发展之间的关联机制。结果表明:试样应变率时程曲线在低弹速下会出现变化率恒定的平台段,应力-应变曲线在峰后阶段均产生一定的回弹;随着循环次数的增加,试样峰值应力总体减小,而峰值应变、平均应变率和累积比能量吸收值则变化趋势相反,且在临近破坏或开裂前其变化速率呈现突增现象;峰值应力与平均应变率存在明显的线性关系,弹性模量随平均应变率的变化整体上符合指数衰减规律;试样的耗散比能与平均应变率之间呈线性正相关,基于能量耗散定义的损伤变量可以较好地表征该大理岩试样动载下的损伤破坏过程。

关键词：大理岩循环冲击动力学特性能量耗散损伤演化

二维MXene材料在新型薄膜太阳能电池技术中的研究进展

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无机材料学报 2024年第2期39卷 215-224页

作者：费玲雷蕾汪德高中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进能源材料工程实验室宁波315201 中国科学院大学北京100049 中国科学院宁波材料所前沿交叉科学研究中心宁波315201

太阳能作为自然界中丰富的可持续清洁能源,可以在解决当前能源短缺问题的同时有效减少因过度消耗化石燃料造成的环境污染问题。近年来,第三代新型薄膜太阳能电池,如染料敏化太阳能电池(DSSCs)和钙钛矿太阳能电池(PSCs)等,凭借其原料丰... 详细信息

太阳能作为自然界中丰富的可持续清洁能源,可以在解决当前能源短缺问题的同时有效减少因过度消耗化石燃料造成的环境污染问题。近年来,第三代新型薄膜太阳能电池,如染料敏化太阳能电池(DSSCs)和钙钛矿太阳能电池(PSCs)等,凭借其原料丰富、制造成本低廉和光电性能良好等优点而受到广泛关注。然而,新型薄膜太阳能电池器件的电荷传输性能和运行稳定性与正式商用的要求仍有一定差距。二维MXene材料具有比表面积高、表面官能团丰富、导电性优良、功函数可调和亲水性等优点,已成为能源转换领域的研究热点。鉴于此,本文在综述二维MXene材料的结构、光学和电学特性的基础上,阐述了近些年二维MXene材料应用于新型薄膜太阳能电池的研究进展,并重点探讨了二维MXene材料增强太阳能电池光电性能的机制。二维MXene材料可通过作为钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层和电荷传输层的添加剂、修饰染料敏化太阳能电池的光电阳极和制备电极,来调整能带对齐、降低功函数、拓宽吸光范围和形成“柱撑效应”,有效改善器件的光吸收效率、载流子迁移率和电荷提取能力,从而提升器件的光电性能和稳定性。最后,结合目前的研究进展,对二维MXene材料在新型薄膜太阳能电池技术中的发展前景及面临的挑战提出了建议。

关键词： MXene 纳米材料太阳能电池光电性能能源专题评述

聚焦学科实践,构建思维课堂——以“古代人类的迁徙和区域文化的形成”为例

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历史教学（上半月） 2024年第4期 55-63页

作者：汪茉莉嘉兴高级中学

学科实践是构建历史学科思维课堂的重要路径。具体而言,学科实践是指通过引导学生像历史学家一样进行思考与实践,在解决历史问题的过程中亲历学科知识的发现过程,训练学生的专家思维与协作思维,促进学生思维品质发展。

关键词：学科实践思维课堂专家思维协作思维

带有拼缝阻尼器的自复位预制双肢剪力墙的耗能能力研究

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振动与冲击 2024年第6期43卷 171-178页

作者：鲁正汪晏严德裕同济大学土木工程学院上海200092 同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092

为提升自复位预制双肢剪力墙的耗能能力,针对预制双肢剪力墙提出了一种拼缝阻尼器,该阻尼器可适应接缝附近的大变形,帮助结构同时实现自复位和耗能的性能。通过拟静力试验,获得了该阻尼器的滞回曲线,验证了所提阻尼器具备良好的耗能性能... 详细信息

为提升自复位预制双肢剪力墙的耗能能力,针对预制双肢剪力墙提出了一种拼缝阻尼器,该阻尼器可适应接缝附近的大变形,帮助结构同时实现自复位和耗能的性能。通过拟静力试验,获得了该阻尼器的滞回曲线,验证了所提阻尼器具备良好的耗能性能;使用Opensees把阻尼器放入预制双肢剪力墙中进行数值分析,发现所提阻尼器在不降低结构原本自复位性能的同时,大大提升了结构的耗能能力。同时,耗能主要由拼缝阻尼器承担,结构自身的耗能和损伤较小,有利于实现结构在震后的快速修复。

关键词：自复位耗能预制双肢剪力墙 Opensees 可恢复功能结构阻尼器